INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ 1.5 Sensores internos Robótica

Sensores internos Para conseguir que un robot realice su tarea con la adecuada precisión, velocidad e inteligencia, será preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como el estado de su entorno. La información relacionada con su estado (fundamentalmente la posición de sus articulaciones) la consigue con los denominados sensores internos, mientras que la que se refiere al estado de su entorno, se adquiere con los sensores externos.

SENSORES DE POSICIÓN Para el control de posición angular se emplean fundamentalmente los denominados encoders y resolvers. Los potenciómetros dan bajas prestaciones por lo que no se emplean salvo en contadas ocasiones (robots educacionales, ejes de poca importancia).

Codificadores angulares de posición (encoders). Los codificadores ópticos o encoders increméntales constan, en su forma más simple, de un disco transparente con una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre sí; De un sistema de iluminación en el que la luz es colimada de forma correcta, y de un elemento fotorreceptor.

El eje cuya posición se quiere medir va acoplado al disco transparente El eje cuya posición se quiere medir va acoplado al disco transparente. Con esta disposición a medida que el eje gire se ira generando pulsos en el receptor cada vez que la luz atraviese cada marca, y llevando una cuenta de estos pulsos es posible conocer la posición del eje.

Existe, sin embargo, el problema de no saber si en un momento dado se está realizando un giro en un sentido o en otro, con el peligro que supone no estar contando adecuadamente. Una solución a este problema consiste en disponer de otra franja de marcas, desplazada de la anterior de manera que el tren de pulsos que con ella se genere este desplazado 90° eléctricos con respecto al generado por la primera franja.

Los codificadores absolutos ópticos funcionan con un concepto similar al de los tipos incrementales, sólo que poseen un disco con un dibujo complejo, distribuido en anillos concéntricos que representan los bits de una palabra binaria. Un disco con más anillos concéntricos ofrecerá más bits de resolución y dará un dato de posición angular más preciso.

Resolvers Son, esencialmente, transformadores rotativos diseñados de tal modo que su coeficiente de acoplamiento entre el rotor y el estator varía según sea la posición angular del eje.

En su diseño más simple, el resolver consta de dos bobinados en el estator, que detectan una señal senoidal de inducción, emitida por un tercer bobinado desde el rotor; una de las bobinas detectoras corresponde al seno y la otra al coseno. La bobina excitadora del rotor es alimentada por una señal de corriente alterna senoidal que le llega a través de anillos de metal (contactos) ubicados sobre el eje, y escobillas. Examinando la senoide podremos conocer la posición, y examinando el desfase la dirección.

Las señales de las bobinas detectoras del estator se llevan a un tipo especial de convertidor analógico digital, conocido como conversor resolver a digital (R/D converter).

Sensores lineales de posición (LVDT). Debido poco rozamiento, entre los sensores de posición lineales destaca el transformador diferencial de variación lineal (LVDT). Su funcionamiento se basa en la utilización de un núcleo de material ferromagnético unido al eje cuyo movimiento se quiere medir.

Este núcleo se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios, haciendo con su movimiento que varié la inductancia entre ellos.

SENSORES DE VELOCIDAD Su importancia es menor que la de la posición, existen algunos métodos para determinar la velocidad (lineal y angular) del robot.

Tacogenerador Es un dispositivo para medir la velocidad angular. Su funcionamiento es sencillo: convertir la energía rotacional del eje en cuestión en energía eléctrica, proporcional a la rotacional y que puede ser fácilmente medida.

Para generar la corriente a partir del giro se acopla al motor o eje que se va a medir, una espira situada dentro de un campo magnético fijo (creado por los dos imanes). Al girar el motor, la espira girará en el interior del campo magnético, lo que provocará una corriente eléctrica.

Sensores Doppler Los sensores basados en el efecto Doppler miden la velocidad lineal de un objeto móvil apoyándose en otra superficie. Se basan en la observación del desplazamiento en frecuencia de una radiación emitida por el sensor y reflejada en una superficie que se está moviendo con respecto al robot.

LVT (Linear Velocity Transducers) Constan de un núcleo magnético permanente en forma de varilla; es el que se conecta al dispositivo cuya velocidad vamos a medir. Arriba y abajo de la varilla se disponen dos espirales conductoras. Por la ley de Faraday, en las espiras se desarrolla una diferencia de potencial proporcional al cambio en el campo magnético al que están sometidas.

El cambio en el campo sólo puede estar provocado por el movimiento de dicho núcleo (imán permanente). Así, si medimos la diferencia de potencial en las espiras podremos deducir la velocidad a la que se ha movido el núcleo y, por consiguiente, el elemento de interés.